Zie Nieuws

Turbulentie en ademvocht voeren virussen meters ver

We noemen het al de ‘anderhalve meter samenleving’ en raken eraan gewend, afstand te houden. Maar waar komt deze afstandsnorm vandaan, en wat weten we eigenlijk over de druppels in onze adem of bij een niesbui, als potentiële transporteurs van het coronavirus? De complexe turbulente stroom van vochtige warme lucht uit de keel die deze druppels meevoert, kan maken dat ze een veel groter bereik hebben dan anderhalve meter. Zeker als ze gedragen worden door de wind of de luchtstroom van een airconditioner, schetst vloeistoffysicus prof. Detlef Lohse van de Universiteit Twente, in zijn artikel in het meinummer van ‘Physik Journal’.

Dat we in onze elleboog moeten hoesten of niezen, is niet voor niets. Onbeschermd hebben de druppels die we uithoesten, een reikwijdte die anderhalve meter ruim kan overschrijden. Maar hoe zit het dan bij simpelweg uitademen, of het uitspreken van een vriendelijke groet op afstand? De berekening van de afstand is, aldus Lohse, ooit gebaseerd op de publicatie ‘Air-borne infection’ die de overdracht van tuberculose beschrijft via druppels in de lucht. De schrijvers maakten destijds onderscheid tussen kleine en grote druppels, en gingen er ook vanuit dat druppels zich onafhankelijk van elkaar gedragen. Kleine druppels, zo stellen zij, verdampen zo snel dat ze geen effect hebben en grotere druppels beschrijven een soort kogelbaan waaruit de afstand is af te leiden. 

Wolken met druppels komen uit onze mond. Terwijl aangenomen werd dat de kleine druppels niet zouden overleven, kan de turbulente stroming zelfs maken dat de stroming weer opstijgt als de grotere druppels eenmaal zijn gedaald. Dus verder dan xmax, de tot nu toe aangenomen reikwijdte van de besmetting.

Minutenlang in de lucht

Inmiddels weten we dat het allemaal niet zo eenvoudig is, aldus Lohse. Alleen al het onderscheid tussen groot en klein, destijds gemaakt, is vrij willekeurig. Is een druppeltje met een doorsnee van een micrometer - een duizendste millimeter - klein of groot? Het is, zelfs als het tien virussen vervoert, nog maar voor één procent gevuld. Daarbij komt dat ook de kleinste druppels veel langer overleven: in de warme en vochtige turbulente stroming die we uitstoten, verdampen ze helemaal niet zo snel. Turbulentie maakt het complex: aan de ene kant heeft de stroming, die warmer en vochtiger, en daarmee lichter, is dan de omgevingslucht, de neiging om op te stijgen. Aan de andere kant trekken de aanwezige druppels de stroming naar beneden. Die twee mechanismen kunnen elkaar compenseren, maar kleine druppels kunnen ook minutenlang in de lucht blijven zodat een niesbui een reikwijdte kan krijgen van wel acht meter, zo blijkt uit onderzoek van Lydia Bourouiba van het Massachusetts Institute of Technology (MIT), Fluid Dynamics of Disease Transmission Laboratory.  

Slijm

De omstandigheden spelen een grote rol: als we buiten lopen, kan de wind, of het zog van een fietser, de druppels verder voeren, als we binnen zijn kan een airconditioner of ventilatiesysteem de druppels zelfs over verschillende ruimten gaan verspreiden. Voeg daaraan toe dat slijm een complexe vloeistof is die zich ‘niet-Newtons’ gedraagt, en het vaststellen van adequate maatregelen wordt er niet eenvoudiger op. Standaard nog veel grotere afstand bewaren is niet reëel, en ook van een mondkapje kunnen we niet alles verwachten, zeker niet als dat niet van de hoge standaard is als in de zorg. Vooral maakt Lohse ons, in zijn ‘Brennpunkt’-artikel in Physik Journal, meer alert op de wisselende omstandigheden. Door het onderzoek naar virussen te combineren met kennis van de vloeistoffysica, vergroten we volgens hem ons begrip van de factoren die meespelen bij besmetting. 

Open vragen

Lohse, tot besluit: “De corona-pandemie laat zien dat we nog te weinig weten over de vloeistoffysica van niezen, hoesten, spreken en gewoon uitademen. Het is wel urgent om die vragen te beantwoorden. Op zo’n moment is basisonderzoek opeens geen niche meer, maar een belangrijke sleutel.”

Detlef Lohse is universiteitshoogleraar Physics of Fluids aan de Universiteit Twente. Hij is ook een van de oprichters van het, op de UT-campus gevestigde, Max Planck Center for Complex Fluid Dynamics.

Het artikel Die Abstandsregel in Zeiten von Corona, staat in het meinummer van ‘Physik Journal’, tijdschrift van de Deutsche Physikalische Gesellschaft. Beeldmateriaal Lydia Bourouiba, MIT.

ir. W.R. van der Veen (Wiebe)
Persvoorlichter (aanwezig ma-vr)